BÀI tập lớn hệ THỐNG tự ĐỘNG hóa BKA NHÀ máy XI MĂNG đề tài NGHIÊN cứu hệ THỐNG điều KHIỂN dây CHUYỀN sản XUẤT XI MĂNG VCM

Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

BÀI TẬP LỚN
HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA
NHÀ MÁY XI MĂNG
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG VCM

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Hưng
Mssv

: 20131961

Lớp

: KTĐK-TĐH03

Nhóm

: 3
1


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Mục Lục

2

Nguyễn Văn Hưng-20131961


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

Nghiên cứu hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất xi
măng VCM
I) Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng VCM.
1. Quá trình chuẩn bị nguyên liệu.
2. Quá trình sản xuất clinker thành phẩm.
3. Quá trình sản xuất xi măng và đóng bao thành phẩm.

II) Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây
chuyền sản xuất xi măng.
1. Mô tả cấu hình hệ thống DCS của nhà máy.
2. Trình bày chức năng của các khâu trong hệ thống.
3. Mô tả các bus và phương thức truyền thông.

III) Nghiên cứu bộ điều khiển PLC chính (S7-400) của dây
chuyền sản xuất
1. Giới thiệu chung.
2. Đặc tính kĩ thuật của phần cứng:CPU, I/O, ghép nối truyền thông.
3. Phần mềm lập trình.

3


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

I. Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng VCM.

Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng VCM
Quá trình sản xuất xi măng được mô tả qua 3 giai đoạn cụ thể như sau:

4


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

1. Quá trình chuẩn bị nguyên liệu.
Từ mỏ, đá vôi được khai thác (nổ mìn) và được vận chuyển bằng xe tải
về đổ qua máy đập búa (1) đưa về kích thước nhỏ hơn và đưa lên máy rải liệu
(2) để rải liệu chất thành đống trong kho (đồng nhất sơ bộ). Tương tự với đất
sét, phụ gia điều chỉnh (quặng sắt, đá silic, quặng bô xít…), than đá và
nguyên liệu khác cũng được chất vào kho và đồng nhất theo cách trên.
Tại kho chứa, mỗi loại sẽ được máy cào liệu (5) và (6) cào từng lớp
(đồng nhất lần hai) đưa lên băng chuyền để nạp vào từng Bin chứa liệu (7)
theo từng loại đá vôi, đất sét, quặng sắt….
Than đá thô từ kho chứa sẽ được đưa vào máy nghiền đứng (20) để
nghiền, với những kích thước hạt đạt yêu cầu sẽ được đưa vào Bin chưa
(21) , còn những hạt chưa đạt sẽ hồi về máy nghiền nghiền lại đảm bảo hạt
than nhiên liệu cháy hoàn toàn khi cấp cho lò nung và tháp trao đổi nhiệt.

2. Quá trình sản xuât clinker thành phẩm:

Từ các Bin chứa liệu (7), từng loại nguyên liệu được rút ra và chạy qua
hệ thống cân định lượng theo đúng tỷ lệ cấp phối đưa ra từ nhân viên vận
hành điều khiển (tỷ lệ phối liệu được quyết định từ phòng thí nghiệm). Tất cả
các nguyên liệu đó sẽ được gom vào máy nghiền đứng (8) để nghiền về kích
thước yêu cầu, tại đây nguyên liệu đã được đồng nhất một lần nữa. Bột liệu
sau khi nghiền được chuyển lên silo đồng nhất (9) chuẩn bị để cấp cho lò
nung, dưới silo đồng nhất có hệ thống sục khí nén liên tục vào silo để tiếp tục
đồng nhất lần nữa.
5


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

Để có một sản phẩm Clinker ổn định chúng ta thấy nguyên liệu phải
qua ít nhất 4 lần đồng nhất.
Tháp trao đổi nhiệt (11) và Lò quay nung Clinker(12):
Tháp trao đổi nhiệt (11) là một hệ thống gồm từ 3-5 tầng, mỗi tầng có 1 hoặc
2 Cyclone có cấu tạo để tang thời gian trao đổi nhiệt của bột liệu. Bột liệu
được cấp từ trên đỉnh tháp và đi xuống, nhiệt nóng từ than được đốt cháy từ
Calciner và lò nung đi lên sẽ tạo điều kiện cho phản ứng tạo khoáng bên
trong bột liệu. Mặc dù bột liệu đi xuống và khí nóng đi lên nhưng thực chất
quá trình này là trao đổi nhiệt cùng chiều do cấu tạo đặc biệt của các Cyclon
trao đổi nhiệt.
- Lò nung (12) có dạng hình trụ tròn đường kính từ 3-5 mét và dài từ 3080 mét tùy thuộc vào công suất của lò. Vỏ lò nung được làm bằng thép chịu
nhiệt, bên trong có lót một lớp vật liệu chịu lửa. Góc nghiêng của lò từ 3%5% để tạo độ nghiêng cho dòng nguyên liệu chảy bên trong. Tại đầu ra của
Clinker sẽ có một dàn quạt thổi gió tươi làm nguội nhanh Clinker.
Than mịn được rút từ Bin chứa trung gian (21) cấp cho các vòi đốt ở
tháp trao đổi nhiệt và lò nung để được đốt cháy nung nóng bột liệu.

Phối liệu được rút ra từ silo chưa (9) , qua cân định lượng và được đưa
lên đỉnh tháp trao đổi nhiệt. Từ trên đỉnh tháp (11), liệu từ từ đi xuống qua
các tầng Cyclone kết hợp với khí nóng từ lò nung đi lên được gia nhiệt dần
lên khỏng 800-9000C trước khi đi vào lò nung (12). Trong lò, ở nhiệt độ
6


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

14500C các oxit CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 có trong nguyên liệu kết hợp với
nhau tạo thành một số khoáng chính quyết định chất lượng của Clinker như:
C3S, C2S, C3A và C4AF. Viên Clinker ra khỏi lò sẽ rơi xuống dàn làm lạnh
(13), hệ thống quạt cao áp đặt bên dưới sẽ thổi gió tươi vào làm nguội nhanh
viên Clinker về nhiệt đọ khoảng 50 -900C, sau đó Clinker sẽ được chuyển lên
Silo chứa Clinker.

3. Quá trình sản xuất xi măng và đóng bao thành phẩm:
Clinker sẽ được rút từ Silo, cấp vào Bin chứa (15) để chuẩn bị nguyên
liệu cho quá trình nghiền xi măng. Tương tự thạch cao và phụ gia từ kho
cũng được chuyển vào Bin chứa riêng theo từng loại. Dưới mỗi Bin chứa,
nguyên liệu được qua cân định lượng theo đúng khối lượng của đơn phối
liệu, xuống băng tải chính đưa vào máy cán (16) để cán sơ bộ, sau đó được
đưu vào máy nghiền xi măng (17). Bột liệu ra khỏi máy nghiền được đưa lên
thiết bị phân li (18), tại đây những hạt chưa đạt yêu cầu sẽ được hồi lưu về
máy nghiền để nghiền tiếp, còn những hạt đạt kích thước yêu cầu được phân
li tách ra, đi theo dòng quạt hút đưa lên lọc bụi (19) thu hồi toàn bộ và đưa
vào Silo chứa xi măng (22). Quá trình nghiền sẽ diễn ra theo một chu trình
kín và liên tục.

Từ Silo chứa (22) xi măng sẽ được cấp theo 2 cách khác nhau:
1. Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhận hàng dạng xá/rời.
2. Và cấp qua máy đóng bao (23), để đóng thành từng bao 50kg giao
đến từng phương tiện nhận hàng.
7


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

II. Nghiên cứu cấu hình hệ thống điều khiển DCS của dây
chuyền sản xuất xi măng VCM:

Cấu hình DCS nhà máy xi măng VCM

1. Mô tả cấu hình hệ thống DCS của nhà máy.
Toàn bộ quá trình sản xuất của nhà máy xi măng VCM được thực hiện
tự động hóa ở mức độ caoo và điều khiển tập trung CCR (Central Control
Room) để kiểm soát toàn bộ hoạt động của nhà máy đồng thời cho phép điều
chỉnh kịp thời các thông số khi chất lượng của sản phẩm thay đổi hoặc khi có
sự cố bất thường xảy ra.
Hệ DCS là hệ điều khiển chia sẻ, tại một thời điểm đảm nhận một
lượng lớn các tác vụ. Để thực hiện được điều này toàn bộ nhà máy được
trang bị 2 server được chia thành nhiều nhóm.

8


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

Tầng trên cùng là 6 trạm vận hành OS1, OS2, OS3, OS4, OS5, OS6
(Operator Station) để điều khiển và giám sát các công đoạn như: chứa và vận
chuyển nguyên liệu, đồng nhất bột liệu và cấp cho lò nung, làm nguội
clanker, kho chứa xuất clanker và các bộ phận dịch vụ, nghiền xi măng,
nghiền than, các trạm đập đá vôi, vận chuyển và chứa phụ gia, đóng bao, xuất
xi măng bao và xi măng rời, cảng nhà máy, các trạm điện của toàn nhà máy.
Hệ thống thiết kế sao cho mỗi trạm vận hành OS có thể kiểm tra và giám sát
từ 2 công đoạn trở lên.
Nhìn trên sơ đồ DCS nhà máy ta thấy toàn bộ nhà máy được chia thành
5 trạm trường (Field Station)
Field
Station
Name
Field
Station
Location

Field
Station 1

Field
Station2

Field
Station3

Field

Station4

Limstone
crushing
&
conveying
E.R (801)

Raw
material
grinding/
Waste gas
treatment
(804)

Clinker
Coal
Cooling
Grinding
and
(805)
Conveyin
g Electric
Room
(805)

OS
Location

CCR

Raw
material
crushing
&
conveying
E.R(802)
and
Limestone
preblending
& storage
E.R(803)
CCR

CCR

CCR

9

Field
Station5

CCR


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

Mỗi trạm trường được điều khiển bởi 1 hoặc 2 PLC S7-400 CPU 4143PN. Sử dụng 2 PLC để dự phòng trong trường hợp khẩn cấp.
PLC S7 400 được nối vào các thiết bị vào ra phân tán ET 200M. ET
200M với cấu hình gồm modul giao diện IM-153x, các modul tín hiệu SM và
modul chức năng FM. Được kết nối mạng Profibus DP.
Mỗi thiết bị vào ra phân tán ET200M được đặt tên trên sơ đồ là FCS01,
FCS02…để phân biệt chúng ở trong từng trạm trường khác nhau.
Các thiết bị vào ra phân tán ET 200M này được đưa tới các trạm điện,
điều khiển các nhiệm vụ khác nhau của từng công đoạn trong nhà máy.
Cấu hình hệ thống DCS của nhà máy gồm:
-Các phòng điều khiển cục bộ (local control room, LCR), trạm cục bộ (local
station, LS).
-Các trạm vận hành (operator station,OS).
-Trạm kỹ thuật (Engineering Station)
-Hệ thống truyền thông: Bus hệ thống, Bus trường.
Hệ thống điều khiển DCS của dây chuyền sản xuất xi măng được chia
thành 3 cấp: cấp trường, bộ điều khiển và cấp giám sát vận hành.

10


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

a. Cấp trường:
Gồm các cơ cấu chấp hành và sensor dùng để thu thập thông tin từ đối
tượng hay hiện trường sản xuất, xử lý và truyền số liệu đến các thiết bị trong
hệ thống.

b. Bộ điều khiển:

Bộ điều khiển nhận thông tin từ các cảm biến, xử lí thông tin đó theo
một thuật toán điều chỉnh (PID, điều khiển logic) và truyền kết quả đến cơ
cấu chấp hành.
Bộ điều khiển thực hiện việc điều khiển quá trình công nghệ, thiết bị
điều khiển có thể là: máy tính công nghiệp, DCS, PLC. Bộ điều khiển điều
khiển cục bộ các công đoạn của cả dây chuyền sản xuất và toàn nhà máy.

c. Cấp giám sát vận hành:
Hỗ trợ người dùng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám
sát, vận hành và xử lý các tình huống bất thường. Ngoài ra, cấp này còn thực
hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển
trình tự và điều khiển theo công thức. Khác với các cấp dưới. Việc thực hiện
chức năng ở cấp vận hành thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần
cứng đặc biệt ngoài các máy tính thông thường.

11


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

2. Trình bày chức năng của các khâu trong hệ thống.
a. Phòng điều khiển cục bộ (local control room, LCR):

a. Phòng ĐK công đoạn đập đá vôi

b. Phòng ĐK công đoạn pha trộn và
lưu trữ

12


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

c.

Nguyễn Văn Hưng-20131961

Phòng ĐK công đoạn nghiền và xử lí khí thải

d. Phòng điều khiển công

đoạn làm mát clinker

13


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

e. Phòng ĐK công đoạn nghiền than.

Phòng điều khiển cục bộ thuộc cấp điều khiển, là nơi thực hiện mọi
chức năng điều khiển cho một công đoạn. Các phòng điều khiển được đặt
cạnh phòng điều khiển trung tâm và các khu vực hiện trường.
Chức năng của phòng điều khiển cục bộ:
+ Điều khiển quá trình (process control): Điều khiển các mạch vòng kín
(nhiệt độ, áp suất, lưu lượng). Hầu hết các mạch vòng đơn được điều khiển

trên cơ sở luật PID, giải quyết bài toán điều chỉnh, điều khiển tỉ lệ, điều khiển
tầng.
+ Điều khiển trình tự, điều khiển logic, thực hiện các công thức.

14


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

+ Đặt trạng thái đầu ra về trạng thái an toàn trong trường hợp có sự cố hệ
thống.
+ Lưu trữ tạm thời các tín hiệu quá trình trong trường hợp mất liên lạc với
trạm vận hành hoặc bus hệ thống gặp sự cố.

Yêu cầu kĩ thuật của trạm điều khiển cục bộ là:
+ Tính năng thời gian thực.
+ Độ tin cậy và tính sẵn sàng.
+ Lập trình thuận tiện, cho phép sử dụng và cài đặt các thuật toán cao cấp.
+ Khả năng điều khiển lai (liên tục, trình tự và logic).

b. Trạm vận hành (opration station, OS):

Trạm vận hành nhà máy xi măng VCM
Các trạm vận hành OS được đặt tại phòng điều khiển trung tâm. Các
trạm vận hành có thể đặt song song và độc lập với nhau.

15

Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

Tại nhà máy xi măng VCM, để tiện cho việc vận hành hệ thống người
ta thường xắp xếp mỗi trạm vân hành tương ứng với một phân đoạn hoặc một
phân xưởng như: trạm vận hành nghiền liệu (OS Raw Mil), trạm vận hành lò
nung (OS kiln), trạm vận hành làm mát clinker (OS clinker cooler), trạm vận
hành nghiền xi măng, trạm vận hành nghiền than đá (OS coal mil). Bên cạnh
đó còn có các trạm kỹ thuật (engineering station), trạm quản lý (management
station) nối với máy in, tối ưu hóa lò nung (kiln optimization).
Tuy nhiên các phần mềm chạy trên các trạm là giống nhau nên trong
trường hợp cần thiết mỗi trạm có thể thay thế chức năng cho nhau.
Chức năng của trạm vận hành:
+ Hiển thị các hình ảnh chuẩn (hình ảnh tổng quan, hình ảnh nhóm, hình ảnh
từng mạch vòng, hình ảnh điều khiển trình tự, các đồ thị thời gian thực và đồ
thị quá khứ).
+ Hiển thị các hình ảnh đồ họa tự do (lưu đồ công nghệ, các phím điều
khiển).
+ Hỗ trợ vận hành hệ thống qua các công cụ thao tác tiêu biểu, các hệ thống
hướng dẫn chỉ đạo và hướng dẫn trợ giúp.
+ Tạo và quản lý các công thức điều khiển.
+ Xử lý các sự kiện, sự cố.
+ Xử lý, lưu trữ và quản lý dữ liệu.
16


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

+ Chuẩn đoán hệ thống, hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống.
Hầu hết các hệ thống DCS hiện đại đều sử dụng các máy tính cá nhân,
hoặc máy tính trạm. Một trạm vận hành bố trí theo kiểu một người sử dụng
(một hoặc nhiều màn hình), hoặc nhiều người sử dụng.

c. Trạm kĩ thuật (Engineering Station):

Trạm kĩ thuật (Engineering Station) nhà máy xi măng VCM
Trạm kỹ thuật là nơi cài đặt các công cụ phát triển, cho phép cài đặt cấu
hình cho hệ thống, tạo và theo dõi các chương trình ứng dụng điều khiển và
giao diện người máy, đặt cấu hình và tham số hóa các thiết bị trường.
Ở trạm kĩ thuật có máy chủ để lưu chương trình, dữ liệu toàn nhà máy.
Để đảm bảo clanker đúng yêu cầu thì nhà máy còn có hệ thống điều
khiển chất lượng QCS. Hệ thống này là một hệ thống kiểm tra chất lượng
bằng tia X. Máy phân tích sẽ được cung cấp 10 kênh đo có định cho 10
nguyên tố (Ca,Si,Al,Fe,Na,K,S,Mg,Cl,P) điều khiển bằng bộ vi xử lý được
trang bị chương trình đo kiểm tra hệ thống. Máy tính xử lí dữ liệu của máy
phân tích tia X sẽ được nối với các máy tính điều khiển của hệ thống thông
17


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

qua các tuyến cáp truyền dữ liệu. Dựa trên đó hệ thống sẽ quyết định thay đổi
lượng đặt để đảm bảo chất lượng xi măng theo yêu cầu.

3. Các bus và phương thức truyền thông trong hệ thống.
Các bus gồm bus hệ thống và bus trường.
a. Bus trường.

Là các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kĩ thuật truyền tin số để kết nối
các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết bị ở cấp
trường.
Các thiết bị cấp trường có khả năng nối mạng và nối vào các vào ra
phân tán (distributed I/O), các thiết bị đo lường (sensor, transmitter) hoặc cơ
cấu chấp hành (actuator,valve) có tích hợp khả năng xử lý truyền thông.
Bus trường có nhiệm vụ chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển để
xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, vì vậy
tính năng điều khiển thời gian thực được đặt lên hàng đầu.
Đặc điểm của việc trao đổi thông tin qua bus trường là:
+ Tốc độ truyền phải nhanh.
18


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

+ Lượng thông tin vừa phải.
+ Được chia làm 2 mạng chính:
•

Mạng DP: Được dùng chủ yếu, giao tiếp PLC với cấp trường qua cáp

•

DP, cáp đồng trục, RS485.
Mạng PA: Được dùng cho các môi trường nguy hiểm, cháy nổ… dùng
cho các công đoạn lò, khí dễ cháy…

b. Bus hệ thống.

Bus hệ thống nhà máy xi măng VCM

Bus hệ thống có chức năng nối các trạm điều khiển cục bộ với nhau và
với các trạm vận hành và trạm kỹ thuật (các hệ thống mạng công nghiệp
được dùng để kết nối các máy tính điều khiển và các máy tính trên cấp điều
khiển giám sát với nhau).
Đặc điểm của việc trao đổi thông tin qua bus hệ thống là:
+ Lượng thông tin xử lý nhiều (toàn nhà máy).

19


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

+ Tốc độ xử lý không cần nhanh.
+ Đường truyền có thể là cáp đồng trục hoặc cáp quang.

III. Nghiên cứu bộ điều khiển PLC (S7-400 CPU 416-2DP) chính
của dây chuyền sản xuất.
1. Giới thiệu chung.

Các modul của PLC S7-400

PLC S7-400 là một sản phẩm PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, quản lý bộ
nhớ tốt, kết nối mạng công nghiệp. Về tính năng S7-400 có nhiều tính năng
so với S7-300. Đặc biệt về tính năng truyền thông.

20


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

-Tốc độ xử lý: Tốc độ nhanh, tốc độ xử lý lệnh nhanh lên tớn 0.1 tới
0.2us, chu kì vòng quét nhỏ. Tập lệnh mạnh và hoàn chỉnh đáp ứng các
nhiệm vụ phức tạp. Có thẻ nhớ để mở rộng bộ nhớ hoặc back up dữ liệu.
-Truyền thông: S7-400 sử dụng các mạng truyền thông INDUSTRIAL
ERTHERNET cho cấp giám sát, PROFIBUS cho cấp trường, AS-I cảm biến
thiết bị chấp hành, MPI nối giữa các thiết bị CPU, PG/PC, TD/TO. Sử dụng
các loại hình mạng điểm điểm hoặc bus truyền thông qua giao diện tích hợp
trên bus trường sử dụng CPU hoặc IM (modul giao diện hoặc FM,CP).
-Giao diện MPI: MPI là giao diện để tích hợp các hệ thống PG/PC,
HMI với các hệ thống SIMATIC S7/C7/WinAC, có thể nối tối đa tới 125
điểm MPI với tốc độ truyền tới 187.5Kbit/s. Thông qua MPI mà ta có thể
truyền dữ liệu giữa các bộ điều khiển với nhau, có nghĩa là một CPU có thể
truy cập tới nhiều các đầu vào ra khác nhau của các bộ điều khiển khác.
Ngoài ra HM còn được tích hợp trong hệ điều hành S7-400 và truyền dữ liệu
tới các trạm vận hành mà không cần lập trình giúp điều khiển vận hành giao
diện.
-Giao diện PROFIBUS-DP: S7-400 có thể nối vào bus trường
PROFIBUS có thể dễ dàng tạo ra chương trình phân tán giúp truyền thông

với các thiết bị trường. Các modul vào ra phân tán được thiết lập bằng
STEP7 tương tự như các modul vào ra tập trung, do vậy S7-400 có thể được
sử dụng làm các trạm master hay slave.

21


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

- Tính năng chia sẻ: Có thể điều khiển giám sát và lập trình thông qua
cả 2 giao diện (MPI và PD) ví dụ như cho một thiết bị PG có thể lập trình và
vận hành cho nhiều CPU hoặc nhiều thiết bị PG có thể truy cập 1 CPU.
-Giao diện phụ: Ngoài giao diện MPI, DP, S7-400 còn có thêm một số
cổng serial (Point to Point), nối các máy quét. Đây là giao diện RS422/RS485
cho phép tốc độ truyền 38.4Kbit/s.
- Một số CPU có cấu trúc đầu vào ra đặc biệt để đếm hoặc đo lường các
máy phát xung, hoặc có các chức năng tích hợp để điều khiển vị trí đối với
những đầu vào ra đặc biệt.

2. Đặc tính kĩ thuật của phần cứng:CPU, I/O, ghép nối truyền
thông.
a. Trung tâm vi xử lý CPU.
CPU là khối vi xử lý là thành phần cơ bản của S7-400 là nơi xử lý mọi
thông tin của hệ thống, nhận thông tin đưa về và sử dụng các thuật toán điều
khiển để đưa ra tín hiệu phù hợp. Là modul có chưa bộ vi xử lý, hệ điều
hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, các cổng truyền thông và có 1 số các
cổng vào ra số, còn được gọi là cổng vào ra onboard. Trong đó các trị số của
bộ đếm được chứa trong bộ nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của người dùng

mà có thể chọn các bộ nhớ sau.
-

Bộ nhớ ROM là bộ nhớ không thể thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp

vào một lần nên nó ít được sử dụng phổ biến như các bộ nhớ khác.

22


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng
-

Nguyễn Văn Hưng-20131961

Bộ nhớ RAM là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và được dùng để

chứa chương trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dữ liệu này sẽ bị mất đi khi
mất điện. Tuy nhiên ta khắc phục được điều này bằng cách dùng Pin dự
phòng.
Cấu trúc của CPU bao gồm các thành phân sau:
- Khối đèn Led hiển thị các trạng thái và các trạng thái lỗi.
Đèn
Đèn sang màu
INTF
Red
EXTF Red
MAINT Yellow
RUN
Green

STOP
Yellow
BUS1F Red
BUS2F Red
IFM1F Red
IFM2F Red
- Các công tắc chọn chế độ.

Hiển thị lỗi
Báo lỗi bên trong.
Báo lỗi ngoài.
Chức năng.
Chế độ chạy.
Chế độ dừng.
Báo lỗi tại cổng MPI/PRO1
Báo lỗi tại cổng MPI/PRO2
Báo lỗi modul giao diện 1
Báo lỗi modul giao diện 2

Công tắc dùng để lựa chọn các chế độ hiện hành của CPU và lựa chọn bằng
công tắc 3 vị trí.
- Khe cắm các thẻ nhớ mở rộng.
Ta dùng 1 khe cắm cho các thẻ nhớ mở rộng (2 thẻ nhớ mở rộng)
+ RAM CARD: Ta có thể mở rộng cho bộ nhớ của CPU bằng RAM CARD,
RAM là bộ nhớ ngoài của PLC có thể đọc ghi hỗ trợ cho việc xử lý thông tin
của CPU.
23


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

+ FLASH CARD.
- Các cổng truyền thông (giao diện).
Giao diện MPI/DP: Ta có thể dùng nó để kết nối với các thiết bị khác nhau
như:
+ Thiết bị chương trình.
+ Công cụ điều khiển và thiết bị giám sát.
+ Một số bộ điều khiển S7-400 và S7-300 khác.
Cổng truyền thông PROFIBUS DP: Chức năng dùng để kết nối với các thiết
bị vào ra phân tán, thiết bị chương trình và một số các trạm chủ.
Giao diện PROFINET: Ta có thể kết nối với PROFINET IO bằng giao diện
PROFINET, cổng PROFINET có thể kết nối với mạng ETHENET công
nghiệp.
- Khối nguồn và các Pin dự phòng.
Trong PLCS7-400 ta có thể cài 1 trong 2 pin dự phòng còn phụ thuộc vào
từng loại modul, nhờ việc sử dụng này mà đem lại những hiệu quả sau:
+ Chương trình ứng dụng được lưu giữ lại ở trong RAM.
+ Lưu giữ được các giá trị của bộ đếm thời gian, bộ đếm counter, dữ liệu của
hệ thống và các dữ liệu khác.
+ Làm nguồn dự phòng cho đồng hồ bên trong.
24


Hệ thống TĐH nhà máy xi măng

Nguyễn Văn Hưng-20131961

b. Vào ra I/O

-

Modul mở rộng đầu vào số: Modul vào số biến đổi các tín hiệu ngoại

lai thường là 24V một chiều thành mức tín hiệu nội bộ. Để cho các modul
hoạt động chính xác, các cảm biến đầu vào phải được quy định về điện áp và
có thể cung cấp dòng vào đòi hỏi ở trạng thái tín hiệu “1”. Ngoài ra tín hiệu
còn phải được lọc có nghĩa là loại bỏ nhiễu trên đường dây và các điện áp
quá độ phải giảm thiểu, quá trình lọc làm trễ tín hiệu vào. Các modul vào số
có xử lý tín hiệu ngắt quá trình, có thể giảm sự trễ của tín hiệu vào. Tuy
nhiên nếu giảm độ trễ của tín hiệu vào cũng cần phải ghi nhớ mức độ chống
nhiễu cũng cần phải giảm theo. Cần phải luôn kết hợp giữa độ chống nhiễu
cao (thời gian trễ kéo dài) và độ tín hiệu tiếp nhận nhanh (thời gian trễ ngắn).
Có thể kể đến 2 loại modul vào số của S7-400 là SM 421 DI32x24 VDC và
SM421 DI 16x24 VDC.
-

Modul mở rộng đầu ra số: Để có thể giao tiếp được trong quá trình xử

lý, CPU đòi hỏi các bộ biến đổi tín hiệu thành mức điện áp và dòng điện sử
dụng trong quá trình. Các modul ra số có bộ nhớ lưu trữ các dữ liệu nhận
được và chuyển thông tin này đến các bộ khuếch đại. Bộ khuếch đại sẽ tạo ra
khả năng đóng cắt cần thiết. Với bộ khuếch đại điện áp một chiều, bảo vệ
ngắn mạch bằng các mạch điện tử. Còn với bộ khuếch đại xoay chiều thì bảo
vệ ngắn mạch bằng cầu chì.
Khi lựa chọn các modul ra số, cần phải xét tới công suất đóng cắt, mức
tải điện áp cho phép và dòng điện dư, ở trạng thái tín hiệu “0” dòng điện này

25